JP2006083742A

JP2006083742A - 発電装置および燃料供給装置

Info

Publication number: JP2006083742A
Application number: JP2004268176A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Morimune; 隆昭森棟; Takayuki Morino; 孝之森野
Original assignee: Tama TLO Co Ltd
Current assignee: Tama TLO Co Ltd
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2006-03-30

Abstract

【課題】廃食用油を利用し、廃食用油に希釈剤や添加剤を用いることなく、また廃食用油を加熱するヒータも不要で、発電に係る費用を抑制することができる発電装置および燃料供給装置を提供する。
【解決手段】ディーゼル発電機（３０，３１）と、常温で半固形であり、加熱されると溶融して液体となる、ディーゼル発電機に供給する燃料である廃動植物油脂１１を貯留する燃料タンク１０と、燃料タンク１０の外壁をディーゼル発電機からの排ガスの雰囲気に晒し、排ガスの温度により燃料タンク１０を加熱するように設置されたガス排気系統（３２，１３）とを有する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電装置および燃料供給装置に関し、特に、ディーゼル発電機を用いた発電装置およびディーゼル発電機に燃料を供給する燃料供給装置に関する。

従来、飲食店などにおいて用いられた廃食用油は、廃棄処分とする他、希釈剤や添加剤を廃食用油に混入し、あるいは特許文献１に記載されているように、電熱ヒータを用いて加熱することによって、廃食用油の粘度を低下させ、ディーゼル発電機の燃料として用いることが知られている。
特開２０００−１６０１７１号公報 EPA A Comprehensive Analysis ob Biodiesel Impacts on Exhaust Emissions, EPA420-P2-001 October 2002.

ところが、上記の従来の廃食用油を用いる方法では、廃食用油の粘度を下げるために希釈剤や添加剤が必要となり、コストがかかってしまうという問題や、ヒータを使用することにより他の貴重な資源の一つである電力を用いなければならないという問題がある。

本発明は上記の課題を解決して、廃食用油を利用し、希釈剤や添加剤を用いることなく、またヒータも不要で、発電に係る費用を抑制することができる発電装置および燃料供給装置を提供するものである。

本発明にかかる発電装置は、ディーゼル発電機と、常温で半固形であり、加熱されると溶融して液体となる、前記ディーゼル発電機に供給する燃料である廃動植物油脂を貯留する燃料タンクと、前記燃料タンクの外壁を前記ディーゼル発電機からの排ガスの雰囲気に晒し、前記排ガスの温度により前記燃料タンクを加熱するように設置されたガス排気系統とを有する。

上記の本発明にかかる発電装置は、ディーゼル発電機の燃料として、常温で半固形であり、加熱されると溶融して液体となる廃動植物油脂を用いる。即ち、ディーゼル発電機と、ディーゼル発電機に供給する燃料である廃動植物油脂を貯留する燃料タンクを有する。上記の半固形の動植物油脂とは、常温で固体である油脂成分と液体である油脂成分が混合している状態を示しており、例えばペースト状となっている。
ここで、燃料タンクの外壁をディーゼル発電機からの排ガスの雰囲気に晒し、排ガスの温度により燃料タンクを加熱するように設置されたガス排気系統を有する。

上記の本発明にかかる発電装置は、好適には、前記廃動植物油脂が牛脂を含む。
あるいは好適には、前記廃動植物油脂が豚脂を含む。
また、あるいは好適には、前記廃動植物油脂がオイルボールを含む。

上記の本発明にかかる発電装置は、好適には、前記ガス排気系統が、前記ディーゼル発電機からの排ガスを前記燃料タンクの外壁に吹き付ける排気管を含む。

上記の本発明にかかる発電装置は、好適には、前記ガス排気系統が、前記燃料タンクを収容するように設けられた、前記燃料タンクの外周部に前記排ガスを滞留させるガス滞留容器を含む。
さらに好適には、前記ガス排気系統が、前記ディーゼル発電機からの排ガスを前記ガス滞留容器に導く第１排気管と前記ガス滞留容器を経由せずに直接排気する第２排気管と、前記第１排気管と前記第２排気管とで前記排ガスの進路を切り替える排ガスバルブとを含み、前記ガス滞留容器内の温度が所定温度以上の場合には前記第２排気管により前記ガス滞留容器を経由せずに直接前記排ガスを排気する。またさらに好適には、前記ガス滞留容器内に温度センサが設けられており、前記ガス滞留容器内の温度が所定温度以上となったときに、前記排ガスバルブによって前記排ガスの進路を前記第１排気管から前記第２排気管に切り替える。

上記の本発明にかかる発電装置は、好適には、前記発電装置の動作開始時に前記ディーゼル発電機に供給する軽油を貯留するスタート用軽油タンクをさらに有し、前記廃動植物油脂が溶融して液体となった後、および／または、前記発電装置の動作開始から所定時間経過した後に、前記ディーゼル発電機に供給する燃料を軽油から溶融した廃動植物油脂に切り替える構成である。
さらに好適には、前記ディーゼル発電機に燃料を供給する燃料系統が、前記ディーゼル発電機に前記廃動植物油脂を供給する第１供給管と前記軽油を供給する第２供給管と、前記第１供給管と前記第２供給管とで燃料を切り替える燃料切り替えバルブとを含む。またさらに好適には、前記燃料タンクに、前記燃料タンクの内部に貯留する前記廃動植物油脂の溶融状態を検知する溶解状態検知センサが設けられており、前記溶解状態検知センサの検知結果に基づいて前記燃料切り替えバルブを切り替える。

本発明にかかる燃料供給装置は、ディーゼル発電機に燃料を供給するための燃料供給装置であって、常温で半固形であり、加熱されると溶融して液体となる、前記ディーゼル発電機に供給する燃料である廃動植物油脂を貯留する燃料タンクと、前記燃料タンクの外壁を前記ディーゼル発電機からの排ガスの雰囲気に晒し、前記排ガスの温度により前記燃料タンクを加熱するように設置されたガス排気系統とを有する。

上記の本発明にかかる燃料供給装置は、ディーゼル発電機の燃料として、加熱されると溶融して液体となる廃動植物油脂を供給するための装置であり、この廃動植物油脂を貯留する燃料タンクと、燃料タンクの外壁をディーゼル発電機からの排ガスの雰囲気に晒し、排ガスの温度により燃料タンクを加熱するように設置されたガス排気系統を有する。

本発明の発電装置によれば、廃食用油を利用する発電装置として、廃食用油に希釈剤や添加剤を用いることなく、また廃食用油を加熱するヒータも不要であり、発電に係る費用を抑制することができる。

また、本発明の燃料供給装置によれば、廃食用油を利用して発電するに際して、廃食用油に希釈剤や添加剤を用いることなく、また廃食用油を加熱するヒータも不要であり、発電に係る費用を抑制して、燃料となる廃食用油を供給することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る発電装置および燃料供給装置について、図面を参照して説明する。

図１は本実施形態に係る発電装置の模式構成図である。
ディーゼル機関部３０と発電部３１からなるディーゼル発電機に燃料タンク１０が接続されている。燃料タンク１０には、常温で半固形であり、加熱されると溶融して液体となる廃動植物油脂１１が貯留される。
また、ディーゼル発電機のガス排気系統の一部として、燃料タンク１０の外周部に前記排ガスを滞留させるガス滞留容器１２が設けられており、燃料タンク１０がガス滞留容器１２内に収容されている。ディーゼル機関部３０からの排気管３２を通して排ガスがガス滞留容器１２内に導かれ、燃料タンク１０の外壁をディーゼル発電機からの排ガスの雰囲気に晒す構成となっている。
例えば、燃料タンク１０の上部は廃動植物油脂１１の投入口となっており、ガス滞留容器１２から外部に露出した構成とすることで、随時新たな廃動植物油脂１１の投入が可能となっている。
このようにして、排ガスの温度により燃料タンクを加熱することができ、廃動植物油脂１１を加熱して溶融状態とし、ディーゼル発電機の燃料として用いることができるようになっている。
上記のように廃動植物油脂１１を燃焼させて発電した結果、電力取り出し部３５から発電装置の発電量に合った電力を取り出すことができる。

上記の本実施形態にかかる発電装置において、燃料となる廃動植物油脂としては、例えば、牛脂、豚脂などの動物油脂を含む廃油、さらにはこれらと植物性油脂を混合した動植物油脂を用いることができる。
例えば、牛脂と菜種油の混合油は、常温で高粘性の半固体状である。
また、廃動植物油脂として、河川の汚染の原因ともなっているオイルボールを用いることができる。オイルボールとは厨房排水中の廃油であり、オイルボール中にはごみも混入しているため、５０℃に加熱して液状にした後、定量ろ紙に通過させる前処理を行い、その後に半固体となった油脂を燃料として用いる。

本実施形態にかかる発電装置において、ガス排気系統として、ディーゼル機関部３０からの排気管３２に第１排気管１３が接続され、排ガスがガス滞留容器１２内に導かれる。ここで、第１排気管１３によって排ガスを燃料タンク１０の外壁に吹き付ける構成となっているが好ましく、これにより排ガスの熱を効率的に燃料タンクに伝導することができる。
第１排気管１３からガス滞留容器１２に導かれた排ガスは、所定の時間、ガス滞留容器１２に滞留した後、外部排気管１４を通して大気中へと放出される。

さらに、上記の第１排気管１３のほかに、ガス滞留容器１２を経由せずに外部排気管１４を通して直接排気する第２排気管３３が上記の排気管３２に接続されており、第１排気管１３と第２排気管３３とで排ガスの進路を切り替える排ガスバルブ３４が設けられていることが好ましい。
この構成により、ガス滞留容器１２内の温度が廃動植物部油脂１１を溶融するのに十分な温度よりも過度に高い所定の温度（例えば１００℃）以上となった場合には、ガス滞留容器１２を経由せずに第２排気管３３により排ガスを直接排気する。

図２は本実施形態に係る発電装置の一部を拡大した模式図である。
ガス滞留容器１２内に温度センサ１７が設けられており、温度センサ１７の検知結果に基づいて排ガスバルブ３４を切り替える構成とすることができる。排ガスバルブ３４を電磁弁などで構成し、温度センサ１７の検知結果を解析して制御する制御部を導入すれば、温度センサ１７の検知結果に基づく排ガスバルブ３４の切り替えを自動化することができる。
例えば、ガス滞留容器１２内の温度が上記のような所定の温度以上となったときに、排ガスバルブ３４によって排ガスの進路を第１排気管１３から第２排気管３３に切り替える。

また、本実施形態にかかる発電装置はスタート用軽油タンク２０をさらに有する。スタート用軽油タンク２０内には軽油２１が貯留され、発電装置の動作開始時における廃動植物油脂１１が溶融して液体となる前において、ディーゼル発電機に軽油２１を供給することができる。
ここで、廃動植物油脂１１が溶融して液体となった後、および／または、発電装置の動作開始から所定時間（例えば５分間）経過した後に、ディーゼル発電機に供給する燃料を軽油２１から溶融した廃動植物油脂１１に切り替える構成である。例えば、ディーゼル発電機に燃料を供給する燃料系統が、ディーゼル発電機に廃動植物油脂１１を供給する第１供給管１５と軽油２１を供給する第２供給管２２と、第１供給管１５と第２供給２２とで燃料を切り替える燃料切り替えバルブ（１６，２３）とを含む。

図３は本実施形態に係る発電装置の一部を拡大した模式図である。
燃料タンク１０に、燃料タンク１０の内部に貯留する廃動植物油脂１１の溶融状態を検知する溶解状態検知センサ１８が設けられており、溶解状態検知センサ１８の検知結果に基づいて燃料切り替えバルブ（１６，２３）を切り替える構成とすることができる。燃料切り替えバルブ（１６，２３）を電磁弁などで構成し、溶解状態検知センサ１８の検知結果を解析して制御する制御部を導入すれば、溶解状態検知センサ１８の検知結果に基づく燃料切り替えバルブ（１６，２３）の切り替えを自動化することができる。
溶融状態検知センサとしては、光学的に検知するセンサや温度センサなど、種々のセンサを用いることができる。

また、本実施形態に係る発電装置において、ディーゼル発電機を除く部分、即ち、燃料タンクとガス排気系統とからなる部分が本実施形態に係る燃料供給装置に相当する。
即ち、ディーゼル発電機に燃料を供給するための燃料供給装置であって、常温で半固形であり、加熱されると溶融して液体となる、ディーゼル発電機に供給する燃料である廃動植物油脂１１を貯留する燃料タンク１０と、燃料タンク１０の外壁をディーゼル発電機からの排ガスの雰囲気に晒し、排ガスの温度により燃料タンク１０を加熱するように設置されたガス排気系統とを有する。

上記の本実施形態に係る発電装置と、これを構成する燃料供給装置によれば、廃食用油である廃動植物油脂を利用して発電を行うことができ、希釈剤や添加剤を用いることなく、またヒータも不要で、簡単な装置で省資源かつ低コストで廃棄物の有効利用が図れ、使用電力に係る費用を抑制することができる。

本発明の発電装置は、例えば外食産業で容易に導入することができる。即ち、燃料となる廃動植物油脂は、外食産業では比較的容易に量を確保して調達することが可能である。各店舗で発生する廃動植物油脂を当該店舗で燃料として利用し、発電して店舗で使用することで、後述するように、電力費用の低減が早期の初期投資回収のもとで図れる。初期投資の回収後は、直接経費削減に寄与する。

また、従来の廃食用油を燃料とする発電方法および装置では、粘度が高いものの本質的に液体である廃食用油を用いているので燃料のハンドリングが容易ではないが、本実施形態に係る発電方法では半固形の燃料を用いるのでハンドリングが容易であるという利点がある。

（実施例１）
図４は、ディーゼル発電機（ヤンマーディーゼル社製、エンジン機種：ＹＤＧ−２５０Ａ、発電機：交流発電機（定格出力２ＫｖＡ）、エンジン形式:単気筒空冷４サイクルディーゼル機関、燃焼方式：直接噴射式、ボア×ストロー：φ７０×５５、総行程容積：２１１ｃｃ、定格出力２．８ｋＷ／３０００ｒｐｍ）を使用して、排ガスの温度をディーゼル発電機のアイドリング動作開始からの時間に対してプロットした図である。外気温は２８℃であった。
動作開始から２分以内に、油脂が液化する場合の温度５０℃を超えており、動作時間６〜７分で油脂は完全に溶融する温度範囲となった。

（実施例２）
図５は、Ａ．廃動植物油脂（牛脂と菜種油の混合油）、Ｂ．未使用大豆油、Ｃ．使用済大豆油（天ぷら廃油）、Ｄ．軽油（ＪＩＳ２号）の各種燃料についての粘度を温度に対してプロットした図である。
廃動植物油脂の粘度から、温度３５℃以上であればディーゼル発電機の燃料として使用可能であることが確認された。
この他、Ａ．廃動植物油脂、Ｂ．未使用大豆油、Ｃ．使用済大豆油について、引火点、密度、動粘度、高発熱量、低発熱量、残留炭素分、水分、炭素含有量、水素含有量、窒素含有量、酸素含有量の各物性値について、各種実験で測定した結果を表１にまとめた。動粘度、発熱量、残留炭素分、水分などはＪＩＳ規格に沿って分析した。
上記の大豆油と廃動植物油脂の含有脂肪酸割合を比較すると、大豆油は多価不飽和脂肪酸が約６０％、一価不飽和脂肪酸が２５％占めているのに対し、廃動植物油脂は一価不飽和脂肪酸が４９％、飽和脂肪酸が４７％と、多く占めている特長がある。

（実施例３）
測定用のディーゼル機関Ｄ８００（三菱）に、上記の実施形態に示す燃料供給装置を組み込み、以下の排ガス環境特性を求めた。
即ち、Ａ．廃動植物油脂、Ｂ．未使用大豆油、Ｃ．使用済大豆油、Ｄ．軽油の各種燃料を供給したときに排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）と一酸化炭素（ＣＯ）の濃度を測定した。結果を図６に示す。図６中、横軸はエンジン負荷を示す。
全負荷においては廃動植物油脂の場合が最もＮＯｘ濃度が低く、ＣＯ濃度も軽油に次いで少ないという結果を得た。

（実施例４）
実施例３の装置を用いて、Ａ．廃動植物油脂、Ｂ．未使用大豆油、Ｃ．使用済大豆油、Ｄ．軽油の各種燃料を供給したときに排ガスに含まれるＴＨＣ（全炭化水素）の濃度を測定した。結果を図７に示す。横軸はエンジン負荷を示す。
廃動植物油脂の場合、ＴＨＣ濃度は軽油に次いで少ないという結果を得た。

（実施例５）
実施例３の装置を用いて、Ａ．廃動植物油脂、Ｂ．未使用大豆油、Ｃ．使用済大豆油、Ｄ．軽油の各種燃料を供給したときに排ガスに含まれるスモーク（黒い煙の微粒子）の濃度を測定した。結果を図８に示す。横軸はエンジン負荷を示す。
スモーク濃度については、廃動植物油脂が含酸素燃料であるが故に、軽油より低いという結果を得た。
これらの結果は、非特許文献１のＥＰＡの報告を同じ傾向であることを示している。

（実施例６）
実施例３の装置を用いて、Ａ．廃動植物油脂、Ｂ．未使用大豆油、Ｃ．使用済大豆油、Ｄ．軽油の各種燃料を供給したときの熱効率を測定した。結果を図９に示す。横軸はエンジン負荷を示す。
廃動植物油脂の場合、大豆油の場合よりも高く、軽油の値に近かった。廃動植物油脂と大豆油の違いは、脂肪酸の組成の違いに起因するものと推測される。

（実施例７）
本実施例においては、初期投資と原価償却についての試算を行った。
外食産業の店舗においては、一日の客数によってばらつきがあるが、一日に１５リットル（１３．５ｋｇ）の廃動植物油脂を排出すると仮定できる。この量の廃動植物油脂を本実施形態に係る発電装置（２ｋＷ）に使用した場合、１３〜１８時間は運転、発電が可能である。

燃料供給装置の制作費が１〜２万円、ディーゼル発電機（２．８ｋＷ、新品）の購入費が１５〜３０万円程度であり、初期投資が１６〜３２万円程度となる。発電により得られる電力が２．８ｋＷｈで４２円／ｈ、発電装置のスタート時に使用する軽油代を１円／ｈと見積もると、初期投資が３２万円の場合、３２万円÷（４２円／ｈ−１円／ｈ）＝７８００ｈ、１６万円の場合、１６万円÷（４２円／ｈ−１円／ｈ）＝３９００ｈとなり、１〜２年程度の営業で原価償却することが可能であり、償却した後は直接経費削減に寄与できる。

本発明は上記の実施の形態に限定されない。
例えば、実施例では牛脂と菜種油の混合油について説明しているが、豚脂を含む油脂や、その他の植物油を含む油脂など、種々の廃動植物油脂を燃料として使用することができる。
また、ガス滞留容器内の温度を管理するシステムや、廃動植物油脂の溶融状態を検知するシステムは、上述以外のシステムを採用でき、また、目視などにより人為的に確認することも可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明の発電装置は、外食産業の店舗などで仕様可能なディーゼル発電機を用いた発電装置に適用することができる。
本発明の燃料供給装置は、ディーゼル発電機を用いた発電装置を構成する燃料供給装置に適用することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る発電装置の模式構成図である。図２は、本発明の実施形態に係る発電装置の一部を拡大した模式図である。図３は、本発明の実施形態に係る発電装置の一部を拡大した模式図である。図４は、実施例１において排ガスの温度をディーゼル発電機のアイドリング動作開始からの時間に対してプロットした図である。図５は、実施例２において、Ａ．廃動植物油脂、Ｂ．未使用大豆油、Ｃ．使用済大豆油、Ｄ．軽油の各種燃料についての粘度を温度に対してプロットした図である。図６は、実施例３において、Ａ．廃動植物油脂、Ｂ．未使用大豆油、Ｃ．使用済大豆油、Ｄ．軽油の各種燃料についてのＮＯｘ濃度とＣＯ濃度をエンジン負荷に対してプロットした図である。図７は、実施例４において、Ａ．廃動植物油脂、Ｂ．未使用大豆油、Ｃ．使用済大豆油、Ｄ．軽油の各種燃料についてのＴＨＣ濃度をエンジン負荷に対してプロットした図である。図８は、実施例５において、Ａ．廃動植物油脂、Ｂ．未使用大豆油、Ｃ．使用済大豆油、Ｄ．軽油の各種燃料についてのスモーク濃度をエンジン負荷に対してプロットした図である。図９は、実施例６において、Ａ．廃動植物油脂、Ｂ．未使用大豆油、Ｃ．使用済大豆油、Ｄ．軽油の各種燃料についての熱効率をエンジン負荷に対してプロットした図である。

符号の説明

１０…燃料タンク
１１…廃動植物油脂
１２…ガス滞留容器
１３…第１排気管
１４…外部排気管
１５…第１供給管
１６…燃料切り替えバルブ
１７…温度センサ
１８…溶解状態検知センサ
２０…スタート用軽油タンク
２１…軽油
２２…第２供給管
２３…燃料切り替えバルブ
３０…ディーゼル機関部
３１…発電部
３２…排気管
３３…第２排気管
３４…排ガスバルブ
３５…電力取り出し部

Claims

ディーゼル発電機と、
常温で半固形であり、加熱されると溶融して液体となる、前記ディーゼル発電機に供給する燃料である廃動植物油脂を貯留する燃料タンクと、
前記燃料タンクの外壁を前記ディーゼル発電機からの排ガスの雰囲気に晒し、前記排ガスの温度により前記燃料タンクを加熱するように設置されたガス排気系統と
を有する発電装置。
前記廃動植物油脂が牛脂を含む
請求項１に記載の発電装置。
前記廃動植物油脂が豚脂を含む
請求項１に記載の発電装置。
前記廃動植物油脂がオイルボールを含む
請求項１に記載の発電装置。
前記ガス排気系統が、前記ディーゼル発電機からの排ガスを前記燃料タンクの外壁に吹き付ける排気管を含む
請求項１に記載の発電装置。
前記ガス排気系統が、前記燃料タンクを収容するように設けられた、前記燃料タンクの外周部に前記排ガスを滞留させるガス滞留容器を含む
請求項１に記載の発電装置。
前記ガス排気系統が、前記ディーゼル発電機からの排ガスを前記ガス滞留容器に導く第１排気管と前記ガス滞留容器を経由せずに直接排気する第２排気管と、前記第１排気管と前記第２排気管とで前記排ガスの進路を切り替える排ガスバルブとを含み、
前記ガス滞留容器内の温度が所定温度以上の場合には前記第２排気管により前記ガス滞留容器を経由せずに直接前記排ガスを排気する
請求項６に記載の発電装置。
前記ガス滞留容器内に温度センサが設けられており、前記ガス滞留容器内の温度が前記所定温度以上となったときに、前記排ガスバルブによって前記排ガスの進路を前記第１排気管から前記第２排気管に切り替える
請求項７に記載の発電装置。
前記発電装置の動作開始時に前記ディーゼル発電機に供給する軽油を貯留するスタート用軽油タンクをさらに有し、
前記廃動植物油脂が溶融して液体となった後、および／または、前記発電装置の動作開始から所定時間経過した後に、前記ディーゼル発電機に供給する燃料を軽油から溶融した廃動植物油脂に切り替える構成である
請求項１に記載の発電装置。
前記ディーゼル発電機に燃料を供給する燃料系統が、前記ディーゼル発電機に前記廃動植物油脂を供給する第１供給管と前記軽油を供給する第２供給管と、前記第１供給管と前記第２供給管とで燃料を切り替える燃料切り替えバルブとを含む
請求項９に記載の発電装置。
前記燃料タンクに、前記燃料タンクの内部に貯留する前記廃動植物油脂の溶融状態を検知する溶解状態検知センサが設けられており、前記溶解状態検知センサの検知結果に基づいて前記燃料切り替えバルブを切り替える
請求項１０に記載の発電装置。
ディーゼル発電機に燃料を供給するための燃料供給装置であって、
常温で半固形であり、加熱されると溶融して液体となる、前記ディーゼル発電機に供給する燃料である廃動植物油脂を貯留する燃料タンクと、
前記燃料タンクの外壁を前記ディーゼル発電機からの排ガスの雰囲気に晒し、前記排ガスの温度により前記燃料タンクを加熱するように設置されたガス排気系統と
を有する燃料供給装置。